ベンチュリ管を用いた流体の混合方法、ベンチュリ型混合装置
【課題】構造が簡単で、可燃性や腐食性を有する流体に対しても適用可能なベンチュリ管を用いた流体混合方法、ベンチュリ型混合装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るベンチュリ型流体混合装置１は、流体の流路にベンチュリ管３を配置し、ベンチュリ管３の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合するベンチュリ型混合装置であって、流路内に配置され、流路方向沿って移動可能で、かつ断面積が流路方向に沿って変化する面を有する可動体５と、可動体５の一部が移動可能に挿入されると共に可動体５を作動させるための作動流体を収容するシリンダ７と、シリンダ７内の作動流体の圧力を調整する圧力調整手段とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】本発明に係るベンチュリ型流体混合装置１は、流体の流路にベンチュリ管３を配置し、ベンチュリ管３の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合するベンチュリ型混合装置であって、流路内に配置され、流路方向沿って移動可能で、かつ断面積が流路方向に沿って変化する面を有する可動体５と、可動体５の一部が移動可能に挿入されると共に可動体５を作動させるための作動流体を収容するシリンダ７と、シリンダ７内の作動流体の圧力を調整する圧力調整手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベンチュリ管を用いた流体の混合方法、ベンチュリ型混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という）を気化して都市ガスとして供給する際、熱量調整を行っている。近年はメタン成分の多いＬＮＧの輸入が増加しており、都市ガス用に増熱する場合が多い。熱量調整は天然ガスに液化石油ガス（以下、「ＬＰＧ」という）等の熱量調整剤を混合することにより行う。
このような熱量調整方法として、例えば特開昭６３−２６５９９４号公報（特許文献１）には、気化した天然ガスをベンチュリ型の液・ガスミキサーに供給し、ベンチュリ管で発生する低圧を利用して、ベンチュリ管に液体の状態で供給される熱量調整剤を蒸発・混合させる技術が開示されている。
【０００３】
また、都市ガスの増熱装置ではないが、内燃機関の燃料気化器に関する特開昭５３−１３１３２８号公報（特許文献２）には、ベンチュリ管内に流路方向に移動可能な絞り部材を設ける技術が開示されている。
【０００４】
さらに、特開平８−７５６２１号公報（特許文献３）には、定流量サンプリング装置に関し、ガスの流路となる管内に紡錘型のコアを固定し、コアの外側に配置されたスロート部をパルスモータによって流路方向に移動させることによって流路断面積を変化させる技術が開示されている。
【０００５】
また、実開昭５６−４１２１０号公報（特許文献４）、特開平４−２４８４１４号公報（特許文献５）には、流量測定制御装置に関し、ベンチュリ管のど部に円形の断面積が流路方向に沿って変化する面を有する可動体を配置し、この可動体を流路内に配置したモータによって駆動する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２６５９９４号公報
【特許文献２】特開昭５３−１３１３２８号公報
【特許文献３】特開平８−７５６２１号公報
【特許文献４】実開昭５６−４１２１０号公報
【特許文献５】特開平４−２４８４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
天然ガスの流量は都市ガス需要量に応じて変動する。一方、ベンチュリ管は流量が変化するとその低圧発生効果が著しく低下するため、特許文献１に開示されたもののように、ベンチュリ管のど部の断面積が一定のものでは都市ガス需要量の変化が大きい場合には対応できないという問題がある。そのため、特許文献１の技術を用いる場合には、流量範囲に応じて大きさの異なるベンチュリ管を用意する必要があり、装置の複雑化等の問題がある。
【０００８】
この点、特許文献２に記載の技術においては、絞り部材の軸方向位置を変化させることによってベンチュリ管を通過する空気流量に変動があっても、対応できるようにしている。
しかしながら、特許文献２においては、絞り部材を軸方向に移動させるための駆動方法が開示されていない。また、仮に駆動源が流路外にあるとすると、駆動軸が流路外へ貫通することになり、頻繁に可動する面をシールすることになるため、流体が可燃性であったり危険物であったりする場合には漏洩の問題が生ずる。また、軸を貫通させるために流路を曲げたりする必要もある。
【０００９】
また、特許文献３においても、紡錘型のコアの外側に配置したスロート部を流路方向に移動させるようにしているので、ガス流量の変動には対応可能であるが、駆動部が流路外に設置されているため、特許文献２の場合と同様、駆動機構が流路内外を貫通し、かつ可動する面（摺動面）でのシール性の問題が生ずる。
また、特許文献４、５においても同様に、ガス流量の変動には対応可能であるものの、駆動源としてのモータをガス流路内に配設しているため、構造が複雑になる上に、駆動エネルギーを必要とし、さらに、モータ部への流体の流入を考慮すると、可燃性や腐食性を有している流体への適用が難しいという問題がある。
さらに、特許文献５に開示されたものにおいては、圧力・温度に基づいて「流量」を制御しているが、流体の混合の観点で重要となるのは、流量の変動に合わせてベンチュリ管のど部の流速を制御することであり、特許文献５のものではこのような制御をすることはできない。
【００１０】
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、構造が簡単で、可燃性や腐食性を有する流体に対しても適用可能なベンチュリ管を用いた流体混合方法、ベンチュリ型混合装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明に係るベンチュリ管を用いた流体の混合方法は、流体の流路にベンチュリ管を設け、該ベンチュリ管の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合する混合方法であって、
前記ベンチュリ管上流側の流体圧と、前記ベンチュリ管のど部の流体圧の圧力差を利用して、可動体を、流路方向に移動させることにより、前記ベンチュリ管のど部の流路断面積を可変として、前記流路を流れる流体の流量が変化した場合にも、前記ベンチュリ管のど部の流速を所定の範囲に調整できるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
（２）本発明に係るベンチュリ型流体混合装置は、流体の流路にベンチュリ管を配置し、該ベンチュリ管の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合するベンチュリ型混合装置であって、
前記流路内に配置され、流路方向沿って移動可能で、かつ断面積が流路方向に沿って変化する面を有する可動体と、該可動体の一部が移動可能に挿入されると共に前記可動体を作動させるための作動流体を収容するシリンダと、該シリンダ内の作動流体の圧力を調整する圧力調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記作動流体は、前記第１流体、もしくは前記第１流体と前記第２流体の混合流体であることを特徴とするものである。
【００１４】
（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記圧力調整手段は、ベンチュリ管の上流側の流路と連通する第１連通管と、前記ベンチュリ管のど部と連通する第２連通管と、前記シリンダ部と連通する第３連通管と、これら第１連通管、第２連通管、第３連通管にそれぞれ接続されて、これら各連通管の連通関係を切り替える切替弁とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、前記切替弁が自動圧力調整弁であることを特徴とするものである。
【００１６】
（６）また、上記（４）に記載のものにおいて、ベンチュリ管の上流側の流体圧力と、前記ベンチュリ管のど部の流体圧力に基づいて前記切替弁の切替及び開閉制御を行う制御装置を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
（７）また、上記（２）〜（６）に記載のものにおいて、可動体の位置を検出する位置検出装置を備え、該可動体の位置検出装置の可動体位置情報に基づいて流体の流量を演算する流量演算装置を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明においては、ベンチュリ管上流側の流体圧と、ベンチュリ管のど部の流体圧の圧力差を利用して、可動体を、流路方向に移動させることにより、ベンチュリ管のど部の流路断面積を可変として、前記流路を流れる流体の流量が変化した場合にも、前記ベンチュリ管のど部の流速を所定の範囲に調整できるようにしたので、可動体の駆動源として、モータ等が不要になり、外部から駆動エネルギーを供給する必要がなく、構造を簡易なものにすることができ、可燃性や腐食性を有する流体に対しても適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るベンチュリ型流体混合装置の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るベンチュリ型流体混合装置の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係るベンチュリ型流体混合装置の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１の他の態様に係るベンチュリ型流体混合装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施の形態１］
図１は本発明の一実施の形態に係るベンチュリ型混合装置を模式的に示した説明図である。
本実施の形態に係るベンチュリ型混合装置は、ＬＮＧを気化した天然ガスにＬＰＧを添加することにより増熱して都市ガスを製造する際に用いられるものである。
【００２１】
本実施の形態に係るベンチュリ型混合装置１は、ベンチュリ管３内に配置されて流路方向に移動可能な可動体５と、該可動体５の上流側に可動体５の上流側の端部が挿入されるように配置されたシリンダ７と、可動体５の下流側先端部を支持する支持装置９と、ベンチュリ管３内部にＬＰＧを供給するＬＰＧ供給管１１と、ベンチュリ管３よりも上流側の流路と連通するように設置された第１連通管１３と、ベンチュリ管のど部と連通するように設置された第２連通管１５と、シリンダ７と連通するように設置された第３連通管１７と、第１連通管１３、第２連通管１５及び第３連通管１７に接続されてこれら第１連通管１３及び／または第２連通管１５と第３連通管１７とを選択的に連通させる切替弁１９とを備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００２２】
＜ＬＰＧ供給管＞
ＬＰＧ供給管１１はベンチュリ管３内にＬＰＧを供給するためのものであり、ＬＰＧ供給場所となるその開口部はベンチュリ管のど部もしくはベンチュリ管のど部より上流側となるように配設する。
【００２３】
＜可動体＞
可動体５は、流路に沿って上流側から下流側に向かって延びる棒状体からなるものであって、上流側端部が円柱状に形成され（「円柱状部５ａ」という場合あり）、円柱状に形成された部位の下流側が下流側を頂点とする円錐状に形成され（「円錐状部５ｂ」という場合あり）、円錐状部５ｂの下流側が小径の円柱状に形成され（「小径円柱状部５ｃ」という場合あり）ている。
可動体５の円柱状部５ａは、シリンダ７内に挿入され、その外周面とシリンダ７の内面との間がシール部材２１によってシールされている。
また、可動体５の下流側の小径円柱状部５ｃは、支持装置９によって支持されている。なお、支持装置９による支持の形態に関しては、後述する支持装置９の説明において述べる。
上記のように、可動体５は、上流側の端部をシリンダ７によって保持され、下流側の端部を支持装置９によって支持されて、流路に沿う方向にピストンのように移動可能になっている。
【００２４】
＜シリンダ＞
シリンダ７は、下流側が開口して上流側には底部が設けられた有底筒状体からなり、保持部材２３によって保持されて流路中央部に配置されている。上述したように、シリンダ７には可動体５の円柱状部５ａが挿入されている。また、後述するように第３連通管１７が接続される。
【００２５】
＜支持装置＞
支持装置９は、可動体５の下流側の小径円柱状部５ｃを、該小径円柱状部５ｃが流路方向に移動可能な状態で支持するものである。
なお、支持装置９は、小径円柱状部５ｃを軽くロックするように支持するのが望ましい。軽くロックするように支持するとは、所定の力以上の力が作用したときに移動でき、それ以下の力では移動できないように支持する状態をいう。さらには、小径円柱状部５ｃのロック／アンロック状態を能動的に選択制御できるようにしても良い。
また、支持装置９は、可動体５の位置を検出する位置検出装置３７（図３参照）を備える構成にしてもよい。
【００２６】
＜第１連通管＞
第１連通管１３は、ベンチュリ管３よりも上流側の流路と連通する管体である。連通する流路はベンチュリのど部よりも十分に流路断面積が大きく、第１流体の流速が小さい箇所が望ましい。第１連通管１３設置位置における第１流体の圧力を検出する第１圧力計２５が設けられている。
また、第１連通管１３には導出した流体の温度を検出する温度計２７が設けられている。
【００２７】
＜第２連通管＞
第２連通管１５は、ベンチュリ管のど部と連通する管体である。第２連通管１５には、ベンチュリ管のど部から導出した流体の圧力を検出する第２圧力計２９が設けられている。
【００２８】
＜第３連通管＞
第３連通管１７は、流路内に配置されたシリンダ７と連通する管体である。
【００２９】
＜切替弁＞
切替弁１９は、第１連通管１３、第２連通管１５及び第３連通管１７に接続されてこれら第１連通管１３、第２連通管１５、第３連通管１７との間にあって、第１連通管１３、第２連通管１５のいずれかと第３連通管１７とを選択的に連通させる機能を有している。
切替弁１９はアクチュエータによって作動する制御弁であり、図１に示すように、第１圧力計２５、第２圧力計２９の信号を入力して、この入力信号に基づいて切替弁１９の開閉制御を行う制御装置３０が設けられている。
【００３０】
以下においては、切替弁１９を第１連通管１３によって導出されるベンチュリ管３の上流側の流体の圧力ＰＡと、第２連通管１５によって導出されるベンチュリ管のど部の圧力ＰＢとの差圧ΔＰに基づいて作動させる場合の動作説明をするが、この動作説明に先立って、ベンチュリ管のど部を通過する流体の流速と、差圧ΔＰとの関係について説明する。
【００３１】
流体の圧縮性を無視し、流路の高低差、外部仕事、および摩擦損失がないものとすると、流体の全圧Ｐ０は動圧Ｐ１と静圧Ｐ２の和として表され、その値は保存される。
Ｐ０＝Ｐ１＋Ｐ２
動圧Ｐ１は流体の密度ρと流速Ｕを用いて
Ｐ１＝ρ×（Ｕ＾２）／２
と表され、流速の２乗に比例する。
従って、流速Ｕが小さいときには全圧Ｐ０はほぼ静圧Ｐ２と等しくなる。
Ｐ０≒Ｐ２
流速が大きくなると動圧Ｐ１が大きくなり、静圧Ｐ２は小さくなる。さらに、動圧Ｐ１は流速Ｕの２乗に比例するため、流速が大きくなると加速度的に大きくなる傾向にある。
流路断面積が大きい場所Ａ（例えば、ベンチュリ管３の上流の流路）では流速ＵＡが小さいため、静圧Ｐ２Ａは全圧Ｐ０Ａにほぼ等しく、また流速変化の影響も小さい。しかし、流路断面積が小さい場所Ｂ（例えば、ベンチュリ管のど部）では流速ＵＢが大きく、全圧Ｐ０Ｂ＝Ｐ０Ａのもとでは、動圧Ｐ１Ｂが大きくなる分、静圧Ｐ２Ｂは小さくなる。また流速変化の影響も大きい。
すなわち
Ｐ２Ａ≒Ｐ０Ａ
Ｐ２Ｂ＝Ｐ０Ｂ−Ｐ１Ｂ＝Ｐ０Ａ−Ｐ１Ｂ≒Ｐ２Ａ−ρ（ＵＢ＾２）／２
静圧差ΔＰ＝Ｐ２Ａ−Ｐ２Ｂ≒ρ（ＵＢ＾２）／２
となる。
第１連通管１３の接続を流路断面積が大きく流速の遅い箇所、第２連通管１５.の接続をベンチュリ管のど部とすることにより、その静圧差はベンチュリ管のど部における流速ＵＢの関数で近似できる。逆に静圧差の値から流速ＵＢを導出可能となる。
なお、本明細書において用いている「圧力」もしくは「流体圧」という表現は、静圧のことを意味する。
このように、ベンチュリ管のど部での流速と、差圧ΔＰとの間には相関関係がある。したがって、前記両部位の差圧ΔＰを所定の値にするように制御することで、ベンチュリ管のど部の流速を所定の値に制御することができる。
【００３２】
切替弁１９は、ＰＡとＰＢの差圧ΔＰが所定値になるように弁の開閉動作を行なう。例えば、流路を流れる流体の流量が減少し、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が遅くなってＰＢが高くなると、ΔＰが小さくなる。その場合には、切替弁１９は、第１連通管１３と第３連通管１７を連通させるように動作する。これによって、圧力ＰＡの流体がシリンダ７内に流入することになる。可動体５に働く力を見ると、左からはシリンダ７内の圧力ＰＡに押され、右側からはＰＡ〜ＰＢに変化する圧力の面積積分した力で押されることになる。ＰＡ＞ＰＢであり、かつ圧力が作用する投影面積は等しいので、可動体５は図中右方向に移動する。可動体５が右方向に移動すると、ベンチュリ管のど部の流路断面積が小さくなり、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が増す。そうすると、ベンチュリ管のど部を流れる流体の圧力が低下し、ΔＰが大きくなる。このようにして、ΔＰが所定値になれば、切替弁１９は第１連通管１３と第３連通管１７の連通を閉止する。
【００３３】
上記とは逆に、流路を流れる流体の流量が増加し、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が速くなりＰＢが低くなると、ΔＰが大きくなる。その場合には、切替弁１９は、第２連通管１５と第３連通管１７を連通させるように動作する。これによって、シリンダ７とベンチュリ管のど部とが連通し、シリンダ７内の流体が第２連通管１５側に流出してシリンダ７内の圧力が低下するので、先ほどと逆の原理により可動体５は図中左方向に移動する。可動体５が左方向に移動すると、ベンチュリ管のど部の流路断面積が大きくなり、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が低下する。そうすると、ベンチュリ管のど部を流れる流体の圧力が大きくなり、ΔＰが小さくなる。このようにして、ΔＰが所定値になれば、切替弁１９は第２連通管１５と第３連通管１７の連通を閉止する。
【００３４】
＜動作説明＞
次に上記のように構成された本実施の形態に係るベンチュリ型流体混合装置１の動作を説明する。
例えば、二次側の都市ガス需要量が減少し、流路を流れる流体の流量が減少すると、ベンチュリ管のど部における流速が減速する。ベンチュリ管のど部での流速が減少すると、ＬＰＧの微粒化が不十分となり、流体の混合が不十分となる。一方、ベンチュリ管のど部での流速を大きくしすぎると圧力損失が大きくなり望ましくない。
そこで、切替弁１９が、上述したように動作してベンチュリ管のど部の流速を所定の流速に保つようにする。具体的には、切替弁１９が次のように動作する。ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が低下すると、ＰＢが高くなり、ΔＰが小さくなる。ΔＰが小さくなって所定の値より小さくなると、制御装置３０は切替弁１９に対して第１連通管１３と第３連通管１７を連通させるように制御する。これによって、圧力ＰＡの流体がシリンダ７内に流入して、可動体５が図中右方向に移動する。可動体５が右方向に移動すると、ベンチュリ管のど部の開口面積が小さくなり、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が増し、ベンチュリ管のど部を流れる流体の圧力が低下してΔＰが大きくなる。このようにして、ΔＰが所定値になれば、切替弁１９は第１連通管１３と第３連通管１７の連通を閉止する。
【００３５】
二次側の都市ガス需要量が増加した場合、上記とは逆に、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が速くなりＰＢが低くなって、ΔＰが大きくなる。その場合には、制御装置３０は切替弁１９に対して、第２連通管１５と第３連通管１７を連通させるように制御する。シリンダ７内の流体が第２連通管１５側に流出することで、可動体５は図中左方向に移動する。可動体５が左方向に移動すると、ベンチュリ管のど部の開口面積が大きくなり、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が低下する。そうすると、ベンチュリ管のど部を流れる流体の圧力が大きくなり、ΔＰが小さくなる。このようにして、ΔＰが所定値になれば、切替弁１９は第２連通管１５と第３連通管１７の連通を閉止する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態によれば、流路を流れる流量に応じてベンチュリ管のど部の流路断面積を変えることができ、大きな流量変化があったときでも、混合に最適な流速に保持することが可能となる。すなわち、ＬＰＧの微粒化・混合効果が得られ、かつ過度に圧力損失が大きくなりすぎない流速に保つことが可能となる。流速の適正値は実施ケースにより異なるが、概ね３０〜２００ｍ／ｓの範囲が望ましい。
また、本実施の形態においては、可動体５の駆動を、流路内に配置したシリンダ７へ流体の注入と排出によって行うようにしているので、流路外との摺動部がなく摺動面などに対するシールが不要となり、また別途動力が不要である。
しかも、可動体５を作動させる作動流体が流路を流れる流体であることから、不純物の混入もなく、さらに、可燃性、腐食性、危険性を有する流体への適用が可能になる。
またさらに、外部に駆動源を設ける必要がないので、例えば駆動軸を流路に挿入する必要もなく、それ故に流路を曲げたりする必要もない。
【００３７】
［実施の形態２］
図２は本発明の実施の形態２に係るベンチュリ型流体混合装置３１を模式的に示す説明図である。図２において、図１と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態のベンチュリ型流体混合装置３１は、可動体５を下流側に付勢する例えばバネなどの付勢手段３３を設けたものである。
付勢手段３３を設けることで可動体５の駆動を円滑にすることができる。
【００３８】
本実施の形態の具体的な動作について説明する。
流路内に流体が流れていない場合、可動体５は付勢手段３３によって下流側に押されて下流側でかつ流路を塞がないように位置している。この状態では、ベンチュリ管のど部の流路断面積が小さいため、流路内に流体を流すと、ベンチュリ管のど部での流速が速くなり、ΔＰは大きくなる。このとき、切替弁１９が第２連通管１５と第３連通管１７を連通させるように動作し、この動作によってシリンダ７内の圧力がＰＢと同じになり、可動体５は図中左に向かう力を受け、可動体５が付勢手段３３の付勢力に抵抗して図中左に移動する。そして、ΔＰが所定値になるところで、停止する。
【００３９】
このように、本実施の形態においては、可動体５を下流側に付勢する付勢手段３３を設けたことにより、流路に流体が流れていない状態から流体を流し始める場合の動作をスムーズにすることができる。付勢手段３３の付勢力は上記動作を十分滑らかにできるよう選択するのはいうまでもない。
【００４０】
［実施の形態３］
図３は本発明の実施の形態３に係るベンチュリ型流体混合装置３５を模式的に示す説明図である。図３において、図１と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態のベンチュリ型流体混合装置３５は、支持装置９に可動体５の位置を検出する位置検出装置３７を設け、この位置検出装置３７の位置情報と、第１圧力計２５、第２圧力計２９、温度計２７のそれぞれの情報を入力して流路を流れる流体の流量を演算する流量演算手段３９を設けたものである。
【００４１】
可動体５の位置と、ベンチュリ管のど部の流路断面積との関係を予め求めておけば、可動体５の位置を位置検出装置３７で検出することで、ベンチュリ管のど部の流路断面積を求めることができる。そして、流路断面積を求めることができれば、流量演算手段３９による流量Ｑの演算は下式によって行うことができる。
Ｑ＝αＳ{（２/ρ）(ＰＡ-ＰＢ)}1/2
但し、ＰＡ：ベンチュリ管の上流側の圧力
ＰＢ：ベンチュリ管のど部の圧力
ρ：流体の密度（ＰＡ,ＰＢ,Ｔ１より算出）
Ｓ：ベンチュリ管のど部の流路断面積
α：流量係数
【００４２】
このように、本実施の形態のベンチュリ型流体混合装置３５には、流量計としての機能を付加したことにより、検出された流量を用いて、例えば増熱剤としてのＬＰＧの添加量の制御を行うこともできる。
【００４３】
上記の実施の形態において、切替弁１９を制御装置３０によって開閉制御する例を示したが、切替弁１９の例としては、図４に示すように、ＰＡとＰＢの差圧ΔＰを所定値にするような自動圧力調整弁４１を用いることもできる。
このような自動圧力調整弁を用いれば別途弁を駆動するためのアクチュエータや該アクチュエータを制御する制御装置および弁駆動動力は不要となり、装置構成が簡単になる。
【００４４】
また、上記の実施の形態においては、ベンチュリ管のど部の流速を所定の値にするために、ＰＡとＰＢの差圧ΔＰを所定値にするように可動体の位置制御を行なう例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１圧力計、第２圧力計、温度計の各情報を入力して、ベンチュリ管のど部の流速を演算する流速演算装置を設け、該流速演算装置によって演算されるベンチュリ管のど部の流速を所定値にするように可動体５の位置制御を行なうようにしてもよい。
【００４５】
また、可動体５の駆動を補助的に助けるために非常用の駆動装置を流路内に設けるようにしてもよい。これは、例えば流路に流体を流し始める状態で可動体５の位置を所定位置に強制的に移動させたり、あるいはシリンダ７内の圧力制御では可動体５の移動ができなくなったりしたような緊急時のための手段である。この場合において、流体が可燃性のガスのような場合には、防爆型の駆動装置を設けるようにするのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
流体の流路にベンチュリ管を設け、該ベンチュリ管の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合する用途に適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ ベンチュリ型混合装置
３ ベンチュリ管
５ 可動体
５ａ 円柱状部
５ｂ 円錐状部
５ｃ 小径円柱状部
７ シリンダ
９ 支持装置
１１ ＬＰＧ供給管
１３ 第１連通管
１５ 第２連通管
１７ 第３連通管
１９ 切替弁
２１ シール部材
２３ 保持部材
２５ 第１圧力計
２７ 温度計
２９ 第２圧力計
３０ 制御装置
３１ ベンチュリ型混合装置
３３ 付勢手段
３５ ベンチュリ型混合装置
３７ 位置検出装置
３９ 流量演算手段
４１ 自動圧力調整弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベンチュリ管を用いた流体の混合方法、ベンチュリ型混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という）を気化して都市ガスとして供給する際、熱量調整を行っている。近年はメタン成分の多いＬＮＧの輸入が増加しており、都市ガス用に増熱する場合が多い。熱量調整は天然ガスに液化石油ガス（以下、「ＬＰＧ」という）等の熱量調整剤を混合することにより行う。
このような熱量調整方法として、例えば特開昭６３−２６５９９４号公報（特許文献１）には、気化した天然ガスをベンチュリ型の液・ガスミキサーに供給し、ベンチュリ管で発生する低圧を利用して、ベンチュリ管に液体の状態で供給される熱量調整剤を蒸発・混合させる技術が開示されている。
【０００３】
また、都市ガスの増熱装置ではないが、内燃機関の燃料気化器に関する特開昭５３−１３１３２８号公報（特許文献２）には、ベンチュリ管内に流路方向に移動可能な絞り部材を設ける技術が開示されている。
【０００４】
さらに、特開平８−７５６２１号公報（特許文献３）には、定流量サンプリング装置に関し、ガスの流路となる管内に紡錘型のコアを固定し、コアの外側に配置されたスロート部をパルスモータによって流路方向に移動させることによって流路断面積を変化させる技術が開示されている。
【０００５】
また、実開昭５６−４１２１０号公報（特許文献４）、特開平４−２４８４１４号公報（特許文献５）には、流量測定制御装置に関し、ベンチュリ管のど部に円形の断面積が流路方向に沿って変化する面を有する可動体を配置し、この可動体を流路内に配置したモータによって駆動する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２６５９９４号公報
【特許文献２】特開昭５３−１３１３２８号公報
【特許文献３】特開平８−７５６２１号公報
【特許文献４】実開昭５６−４１２１０号公報
【特許文献５】特開平４−２４８４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
天然ガスの流量は都市ガス需要量に応じて変動する。一方、ベンチュリ管は流量が変化するとその低圧発生効果が著しく低下するため、特許文献１に開示されたもののように、ベンチュリ管のど部の断面積が一定のものでは都市ガス需要量の変化が大きい場合には対応できないという問題がある。そのため、特許文献１の技術を用いる場合には、流量範囲に応じて大きさの異なるベンチュリ管を用意する必要があり、装置の複雑化等の問題がある。
【０００８】
この点、特許文献２に記載の技術においては、絞り部材の軸方向位置を変化させることによってベンチュリ管を通過する空気流量に変動があっても、対応できるようにしている。
しかしながら、特許文献２においては、絞り部材を軸方向に移動させるための駆動方法が開示されていない。また、仮に駆動源が流路外にあるとすると、駆動軸が流路外へ貫通することになり、頻繁に可動する面をシールすることになるため、流体が可燃性であったり危険物であったりする場合には漏洩の問題が生ずる。また、軸を貫通させるために流路を曲げたりする必要もある。
【０００９】
また、特許文献３においても、紡錘型のコアの外側に配置したスロート部を流路方向に移動させるようにしているので、ガス流量の変動には対応可能であるが、駆動部が流路外に設置されているため、特許文献２の場合と同様、駆動機構が流路内外を貫通し、かつ可動する面（摺動面）でのシール性の問題が生ずる。
また、特許文献４、５においても同様に、ガス流量の変動には対応可能であるものの、駆動源としてのモータをガス流路内に配設しているため、構造が複雑になる上に、駆動エネルギーを必要とし、さらに、モータ部への流体の流入を考慮すると、可燃性や腐食性を有している流体への適用が難しいという問題がある。
さらに、特許文献５に開示されたものにおいては、圧力・温度に基づいて「流量」を制御しているが、流体の混合の観点で重要となるのは、流量の変動に合わせてベンチュリ管のど部の流速を制御することであり、特許文献５のものではこのような制御をすることはできない。
【００１０】
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、構造が簡単で、可燃性や腐食性を有する流体に対しても適用可能なベンチュリ管を用いた流体混合方法、ベンチュリ型混合装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明に係るベンチュリ管を用いた流体の混合方法は、流体の流路にベンチュリ管を設け、該ベンチュリ管の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合する混合方法であって、
前記ベンチュリ管上流側の流体圧と、前記ベンチュリ管のど部の流体圧の圧力差を利用して、可動体を、流路方向に移動させることにより、前記ベンチュリ管のど部の流路断面積を可変として、前記流路を流れる流体の流量が変化した場合にも、前記ベンチュリ管のど部の流速を所定の範囲に調整できるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
（２）本発明に係るベンチュリ型流体混合装置は、流体の流路にベンチュリ管を配置し、該ベンチュリ管の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合するベンチュリ型混合装置であって、
前記流路内に配置され、流路方向沿って移動可能で、かつ断面積が流路方向に沿って変化する面を有する可動体と、該可動体の一部が移動可能に挿入されると共に前記可動体を作動させるための作動流体を収容するシリンダと、該シリンダ内の作動流体の圧力を調整する圧力調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記作動流体は、前記第１流体、もしくは前記第１流体と前記第２流体の混合流体であることを特徴とするものである。
【００１４】
（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記圧力調整手段は、ベンチュリ管の上流側の流路と連通する第１連通管と、前記ベンチュリ管のど部と連通する第２連通管と、前記シリンダ部と連通する第３連通管と、これら第１連通管、第２連通管、第３連通管にそれぞれ接続されて、これら各連通管の連通関係を切り替える切替弁とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、前記切替弁が自動圧力調整弁であることを特徴とするものである。
【００１６】
（６）また、上記（４）に記載のものにおいて、ベンチュリ管の上流側の流体圧力と、前記ベンチュリ管のど部の流体圧力に基づいて前記切替弁の切替及び開閉制御を行う制御装置を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
（７）また、上記（２）〜（６）に記載のものにおいて、可動体の位置を検出する位置検出装置を備え、該可動体の位置検出装置の可動体位置情報に基づいて流体の流量を演算する流量演算装置を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明においては、ベンチュリ管上流側の流体圧と、ベンチュリ管のど部の流体圧の圧力差を利用して、可動体を、流路方向に移動させることにより、ベンチュリ管のど部の流路断面積を可変として、前記流路を流れる流体の流量が変化した場合にも、前記ベンチュリ管のど部の流速を所定の範囲に調整できるようにしたので、可動体の駆動源として、モータ等が不要になり、外部から駆動エネルギーを供給する必要がなく、構造を簡易なものにすることができ、可燃性や腐食性を有する流体に対しても適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るベンチュリ型流体混合装置の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るベンチュリ型流体混合装置の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係るベンチュリ型流体混合装置の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１の他の態様に係るベンチュリ型流体混合装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施の形態１］
図１は本発明の一実施の形態に係るベンチュリ型混合装置を模式的に示した説明図である。
本実施の形態に係るベンチュリ型混合装置は、ＬＮＧを気化した天然ガスにＬＰＧを添加することにより増熱して都市ガスを製造する際に用いられるものである。
【００２１】
本実施の形態に係るベンチュリ型混合装置１は、ベンチュリ管３内に配置されて流路方向に移動可能な可動体５と、該可動体５の上流側に可動体５の上流側の端部が挿入されるように配置されたシリンダ７と、可動体５の下流側先端部を支持する支持装置９と、ベンチュリ管３内部にＬＰＧを供給するＬＰＧ供給管１１と、ベンチュリ管３よりも上流側の流路と連通するように設置された第１連通管１３と、ベンチュリ管のど部と連通するように設置された第２連通管１５と、シリンダ７と連通するように設置された第３連通管１７と、第１連通管１３、第２連通管１５及び第３連通管１７に接続されてこれら第１連通管１３及び／または第２連通管１５と第３連通管１７とを選択的に連通させる切替弁１９とを備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００２２】
＜ＬＰＧ供給管＞
ＬＰＧ供給管１１はベンチュリ管３内にＬＰＧを供給するためのものであり、ＬＰＧ供給場所となるその開口部はベンチュリ管のど部もしくはベンチュリ管のど部より上流側となるように配設する。
【００２３】
＜可動体＞
可動体５は、流路に沿って上流側から下流側に向かって延びる棒状体からなるものであって、上流側端部が円柱状に形成され（「円柱状部５ａ」という場合あり）、円柱状に形成された部位の下流側が下流側を頂点とする円錐状に形成され（「円錐状部５ｂ」という場合あり）、円錐状部５ｂの下流側が小径の円柱状に形成され（「小径円柱状部５ｃ」という場合あり）ている。
可動体５の円柱状部５ａは、シリンダ７内に挿入され、その外周面とシリンダ７の内面との間がシール部材２１によってシールされている。
また、可動体５の下流側の小径円柱状部５ｃは、支持装置９によって支持されている。なお、支持装置９による支持の形態に関しては、後述する支持装置９の説明において述べる。
上記のように、可動体５は、上流側の端部をシリンダ７によって保持され、下流側の端部を支持装置９によって支持されて、流路に沿う方向にピストンのように移動可能になっている。
【００２４】
＜シリンダ＞
シリンダ７は、下流側が開口して上流側には底部が設けられた有底筒状体からなり、保持部材２３によって保持されて流路中央部に配置されている。上述したように、シリンダ７には可動体５の円柱状部５ａが挿入されている。また、後述するように第３連通管１７が接続される。
【００２５】
＜支持装置＞
支持装置９は、可動体５の下流側の小径円柱状部５ｃを、該小径円柱状部５ｃが流路方向に移動可能な状態で支持するものである。
なお、支持装置９は、小径円柱状部５ｃを軽くロックするように支持するのが望ましい。軽くロックするように支持するとは、所定の力以上の力が作用したときに移動でき、それ以下の力では移動できないように支持する状態をいう。さらには、小径円柱状部５ｃのロック／アンロック状態を能動的に選択制御できるようにしても良い。
また、支持装置９は、可動体５の位置を検出する位置検出装置３７（図３参照）を備える構成にしてもよい。
【００２６】
＜第１連通管＞
第１連通管１３は、ベンチュリ管３よりも上流側の流路と連通する管体である。連通する流路はベンチュリのど部よりも十分に流路断面積が大きく、第１流体の流速が小さい箇所が望ましい。第１連通管１３設置位置における第１流体の圧力を検出する第１圧力計２５が設けられている。
また、第１連通管１３には導出した流体の温度を検出する温度計２７が設けられている。
【００２７】
＜第２連通管＞
第２連通管１５は、ベンチュリ管のど部と連通する管体である。第２連通管１５には、ベンチュリ管のど部から導出した流体の圧力を検出する第２圧力計２９が設けられている。
【００２８】
＜第３連通管＞
第３連通管１７は、流路内に配置されたシリンダ７と連通する管体である。
【００２９】
＜切替弁＞
切替弁１９は、第１連通管１３、第２連通管１５及び第３連通管１７に接続されてこれら第１連通管１３、第２連通管１５、第３連通管１７との間にあって、第１連通管１３、第２連通管１５のいずれかと第３連通管１７とを選択的に連通させる機能を有している。
切替弁１９はアクチュエータによって作動する制御弁であり、図１に示すように、第１圧力計２５、第２圧力計２９の信号を入力して、この入力信号に基づいて切替弁１９の開閉制御を行う制御装置３０が設けられている。
【００３０】
以下においては、切替弁１９を第１連通管１３によって導出されるベンチュリ管３の上流側の流体の圧力ＰＡと、第２連通管１５によって導出されるベンチュリ管のど部の圧力ＰＢとの差圧ΔＰに基づいて作動させる場合の動作説明をするが、この動作説明に先立って、ベンチュリ管のど部を通過する流体の流速と、差圧ΔＰとの関係について説明する。
【００３１】
流体の圧縮性を無視し、流路の高低差、外部仕事、および摩擦損失がないものとすると、流体の全圧Ｐ０は動圧Ｐ１と静圧Ｐ２の和として表され、その値は保存される。
Ｐ０＝Ｐ１＋Ｐ２
動圧Ｐ１は流体の密度ρと流速Ｕを用いて
Ｐ１＝ρ×（Ｕ＾２）／２
と表され、流速の２乗に比例する。
従って、流速Ｕが小さいときには全圧Ｐ０はほぼ静圧Ｐ２と等しくなる。
Ｐ０≒Ｐ２
流速が大きくなると動圧Ｐ１が大きくなり、静圧Ｐ２は小さくなる。さらに、動圧Ｐ１は流速Ｕの２乗に比例するため、流速が大きくなると加速度的に大きくなる傾向にある。
流路断面積が大きい場所Ａ（例えば、ベンチュリ管３の上流の流路）では流速ＵＡが小さいため、静圧Ｐ２Ａは全圧Ｐ０Ａにほぼ等しく、また流速変化の影響も小さい。しかし、流路断面積が小さい場所Ｂ（例えば、ベンチュリ管のど部）では流速ＵＢが大きく、全圧Ｐ０Ｂ＝Ｐ０Ａのもとでは、動圧Ｐ１Ｂが大きくなる分、静圧Ｐ２Ｂは小さくなる。また流速変化の影響も大きい。
すなわち
Ｐ２Ａ≒Ｐ０Ａ
Ｐ２Ｂ＝Ｐ０Ｂ−Ｐ１Ｂ＝Ｐ０Ａ−Ｐ１Ｂ≒Ｐ２Ａ−ρ（ＵＢ＾２）／２
静圧差ΔＰ＝Ｐ２Ａ−Ｐ２Ｂ≒ρ（ＵＢ＾２）／２
となる。
第１連通管１３の接続を流路断面積が大きく流速の遅い箇所、第２連通管１５.の接続をベンチュリ管のど部とすることにより、その静圧差はベンチュリ管のど部における流速ＵＢの関数で近似できる。逆に静圧差の値から流速ＵＢを導出可能となる。
なお、本明細書において用いている「圧力」もしくは「流体圧」という表現は、静圧のことを意味する。
このように、ベンチュリ管のど部での流速と、差圧ΔＰとの間には相関関係がある。したがって、前記両部位の差圧ΔＰを所定の値にするように制御することで、ベンチュリ管のど部の流速を所定の値に制御することができる。
【００３２】
切替弁１９は、ＰＡとＰＢの差圧ΔＰが所定値になるように弁の開閉動作を行なう。例えば、流路を流れる流体の流量が減少し、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が遅くなってＰＢが高くなると、ΔＰが小さくなる。その場合には、切替弁１９は、第１連通管１３と第３連通管１７を連通させるように動作する。これによって、圧力ＰＡの流体がシリンダ７内に流入することになる。可動体５に働く力を見ると、左からはシリンダ７内の圧力ＰＡに押され、右側からはＰＡ〜ＰＢに変化する圧力の面積積分した力で押されることになる。ＰＡ＞ＰＢであり、かつ圧力が作用する投影面積は等しいので、可動体５は図中右方向に移動する。可動体５が右方向に移動すると、ベンチュリ管のど部の流路断面積が小さくなり、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が増す。そうすると、ベンチュリ管のど部を流れる流体の圧力が低下し、ΔＰが大きくなる。このようにして、ΔＰが所定値になれば、切替弁１９は第１連通管１３と第３連通管１７の連通を閉止する。
【００３３】
上記とは逆に、流路を流れる流体の流量が増加し、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が速くなりＰＢが低くなると、ΔＰが大きくなる。その場合には、切替弁１９は、第２連通管１５と第３連通管１７を連通させるように動作する。これによって、シリンダ７とベンチュリ管のど部とが連通し、シリンダ７内の流体が第２連通管１５側に流出してシリンダ７内の圧力が低下するので、先ほどと逆の原理により可動体５は図中左方向に移動する。可動体５が左方向に移動すると、ベンチュリ管のど部の流路断面積が大きくなり、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が低下する。そうすると、ベンチュリ管のど部を流れる流体の圧力が大きくなり、ΔＰが小さくなる。このようにして、ΔＰが所定値になれば、切替弁１９は第２連通管１５と第３連通管１７の連通を閉止する。
【００３４】
＜動作説明＞
次に上記のように構成された本実施の形態に係るベンチュリ型流体混合装置１の動作を説明する。
例えば、二次側の都市ガス需要量が減少し、流路を流れる流体の流量が減少すると、ベンチュリ管のど部における流速が減速する。ベンチュリ管のど部での流速が減少すると、ＬＰＧの微粒化が不十分となり、流体の混合が不十分となる。一方、ベンチュリ管のど部での流速を大きくしすぎると圧力損失が大きくなり望ましくない。
そこで、切替弁１９が、上述したように動作してベンチュリ管のど部の流速を所定の流速に保つようにする。具体的には、切替弁１９が次のように動作する。ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が低下すると、ＰＢが高くなり、ΔＰが小さくなる。ΔＰが小さくなって所定の値より小さくなると、制御装置３０は切替弁１９に対して第１連通管１３と第３連通管１７を連通させるように制御する。これによって、圧力ＰＡの流体がシリンダ７内に流入して、可動体５が図中右方向に移動する。可動体５が右方向に移動すると、ベンチュリ管のど部の開口面積が小さくなり、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が増し、ベンチュリ管のど部を流れる流体の圧力が低下してΔＰが大きくなる。このようにして、ΔＰが所定値になれば、切替弁１９は第１連通管１３と第３連通管１７の連通を閉止する。
【００３５】
二次側の都市ガス需要量が増加した場合、上記とは逆に、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が速くなりＰＢが低くなって、ΔＰが大きくなる。その場合には、制御装置３０は切替弁１９に対して、第２連通管１５と第３連通管１７を連通させるように制御する。シリンダ７内の流体が第２連通管１５側に流出することで、可動体５は図中左方向に移動する。可動体５が左方向に移動すると、ベンチュリ管のど部の開口面積が大きくなり、ベンチュリ管のど部を流れる流体の流速が低下する。そうすると、ベンチュリ管のど部を流れる流体の圧力が大きくなり、ΔＰが小さくなる。このようにして、ΔＰが所定値になれば、切替弁１９は第２連通管１５と第３連通管１７の連通を閉止する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態によれば、流路を流れる流量に応じてベンチュリ管のど部の流路断面積を変えることができ、大きな流量変化があったときでも、混合に最適な流速に保持することが可能となる。すなわち、ＬＰＧの微粒化・混合効果が得られ、かつ過度に圧力損失が大きくなりすぎない流速に保つことが可能となる。流速の適正値は実施ケースにより異なるが、概ね３０〜２００ｍ／ｓの範囲が望ましい。
また、本実施の形態においては、可動体５の駆動を、流路内に配置したシリンダ７へ流体の注入と排出によって行うようにしているので、流路外との摺動部がなく摺動面などに対するシールが不要となり、また別途動力が不要である。
しかも、可動体５を作動させる作動流体が流路を流れる流体であることから、不純物の混入もなく、さらに、可燃性、腐食性、危険性を有する流体への適用が可能になる。
またさらに、外部に駆動源を設ける必要がないので、例えば駆動軸を流路に挿入する必要もなく、それ故に流路を曲げたりする必要もない。
【００３７】
［実施の形態２］
図２は本発明の実施の形態２に係るベンチュリ型流体混合装置３１を模式的に示す説明図である。図２において、図１と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態のベンチュリ型流体混合装置３１は、可動体５を下流側に付勢する例えばバネなどの付勢手段３３を設けたものである。
付勢手段３３を設けることで可動体５の駆動を円滑にすることができる。
【００３８】
本実施の形態の具体的な動作について説明する。
流路内に流体が流れていない場合、可動体５は付勢手段３３によって下流側に押されて下流側でかつ流路を塞がないように位置している。この状態では、ベンチュリ管のど部の流路断面積が小さいため、流路内に流体を流すと、ベンチュリ管のど部での流速が速くなり、ΔＰは大きくなる。このとき、切替弁１９が第２連通管１５と第３連通管１７を連通させるように動作し、この動作によってシリンダ７内の圧力がＰＢと同じになり、可動体５は図中左に向かう力を受け、可動体５が付勢手段３３の付勢力に抵抗して図中左に移動する。そして、ΔＰが所定値になるところで、停止する。
【００３９】
このように、本実施の形態においては、可動体５を下流側に付勢する付勢手段３３を設けたことにより、流路に流体が流れていない状態から流体を流し始める場合の動作をスムーズにすることができる。付勢手段３３の付勢力は上記動作を十分滑らかにできるよう選択するのはいうまでもない。
【００４０】
［実施の形態３］
図３は本発明の実施の形態３に係るベンチュリ型流体混合装置３５を模式的に示す説明図である。図３において、図１と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態のベンチュリ型流体混合装置３５は、支持装置９に可動体５の位置を検出する位置検出装置３７を設け、この位置検出装置３７の位置情報と、第１圧力計２５、第２圧力計２９、温度計２７のそれぞれの情報を入力して流路を流れる流体の流量を演算する流量演算手段３９を設けたものである。
【００４１】
可動体５の位置と、ベンチュリ管のど部の流路断面積との関係を予め求めておけば、可動体５の位置を位置検出装置３７で検出することで、ベンチュリ管のど部の流路断面積を求めることができる。そして、流路断面積を求めることができれば、流量演算手段３９による流量Ｑの演算は下式によって行うことができる。
Ｑ＝αＳ{（２/ρ）(ＰＡ-ＰＢ)}1/2
但し、ＰＡ：ベンチュリ管の上流側の圧力
ＰＢ：ベンチュリ管のど部の圧力
ρ：流体の密度（ＰＡ,ＰＢ,Ｔ１より算出）
Ｓ：ベンチュリ管のど部の流路断面積
α：流量係数
【００４２】
このように、本実施の形態のベンチュリ型流体混合装置３５には、流量計としての機能を付加したことにより、検出された流量を用いて、例えば増熱剤としてのＬＰＧの添加量の制御を行うこともできる。
【００４３】
上記の実施の形態において、切替弁１９を制御装置３０によって開閉制御する例を示したが、切替弁１９の例としては、図４に示すように、ＰＡとＰＢの差圧ΔＰを所定値にするような自動圧力調整弁４１を用いることもできる。
このような自動圧力調整弁を用いれば別途弁を駆動するためのアクチュエータや該アクチュエータを制御する制御装置および弁駆動動力は不要となり、装置構成が簡単になる。
【００４４】
また、上記の実施の形態においては、ベンチュリ管のど部の流速を所定の値にするために、ＰＡとＰＢの差圧ΔＰを所定値にするように可動体の位置制御を行なう例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１圧力計、第２圧力計、温度計の各情報を入力して、ベンチュリ管のど部の流速を演算する流速演算装置を設け、該流速演算装置によって演算されるベンチュリ管のど部の流速を所定値にするように可動体５の位置制御を行なうようにしてもよい。
【００４５】
また、可動体５の駆動を補助的に助けるために非常用の駆動装置を流路内に設けるようにしてもよい。これは、例えば流路に流体を流し始める状態で可動体５の位置を所定位置に強制的に移動させたり、あるいはシリンダ７内の圧力制御では可動体５の移動ができなくなったりしたような緊急時のための手段である。この場合において、流体が可燃性のガスのような場合には、防爆型の駆動装置を設けるようにするのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
流体の流路にベンチュリ管を設け、該ベンチュリ管の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合する用途に適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ ベンチュリ型混合装置
３ ベンチュリ管
５ 可動体
５ａ 円柱状部
５ｂ 円錐状部
５ｃ 小径円柱状部
７ シリンダ
９ 支持装置
１１ ＬＰＧ供給管
１３ 第１連通管
１５ 第２連通管
１７ 第３連通管
１９ 切替弁
２１ シール部材
２３ 保持部材
２５ 第１圧力計
２７ 温度計
２９ 第２圧力計
３０ 制御装置
３１ ベンチュリ型混合装置
３３ 付勢手段
３５ ベンチュリ型混合装置
３７ 位置検出装置
３９ 流量演算手段
４１ 自動圧力調整弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路にベンチュリ管を設け、該ベンチュリ管の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合する混合方法であって、
前記ベンチュリ管上流側の流体圧と、前記ベンチュリ管のど部の流体圧の圧力差を利用して、可動体を、流路方向に移動させることにより、前記ベンチュリ管のど部の流路断面積を可変として、前記流路を流れる流体の流量が変化した場合にも、前記ベンチュリ管のど部の流速を所定の範囲に調整できるようにしたことを特徴とするベンチュリ管を用いた流体の混合方法。
【請求項２】
流体の流路にベンチュリ管を配置し、該ベンチュリ管の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合するベンチュリ型混合装置であって、
前記流路内に配置され、流路方向沿って移動可能で、かつ断面積が流路方向に沿って変化する面を有する可動体と、該可動体の一部が移動可能に挿入されると共に前記可動体を作動させるための作動流体を収容するシリンダと、該シリンダ内の作動流体の圧力を調整する圧力調整手段とを備えたことを特徴とするベンチュリ型流体混合装置。
【請求項３】
前記作動流体は、前記第１流体、もしくは前記第１流体と前記第２流体の混合流体であることを特徴とする請求項２に記載のベンチュリ型混合装置。
【請求項４】
前記圧力調整手段は、ベンチュリ管の上流側の流路と連通する第１連通管と、前記ベンチュリ管のど部と連通する第２連通管と、前記シリンダ部と連通する第３連通管と、これら第１連通管、第２連通管、第３連通管にそれぞれ接続されて、これら各連通管の連通関係を切り替える切替弁とを備えたことを特徴とする請求項３に記載のベンチュリ型混合装置。
【請求項５】
前記切替弁が自動圧力調整弁であることを特徴とする請求項４に記載のベンチュリ型混合装置。
【請求項６】
ベンチュリ管の上流側の流体圧力と、前記ベンチュリ管のど部の流体圧力に基づいて前記切替弁の切替及び開閉制御を行う制御装置を設けたことを特徴とする請求項４に記載のベンチュリ型混合装置。
【請求項７】
可動体の位置を検出する位置検出装置を備え、該可動体の位置検出装置の可動体位置情報に基づいて流体の流量を演算する流量演算装置を備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載のベンチュリ型混合装置。
【請求項１】
流体の流路にベンチュリ管を設け、該ベンチュリ管の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合する混合方法であって、
前記ベンチュリ管上流側の流体圧と、前記ベンチュリ管のど部の流体圧の圧力差を利用して、可動体を、流路方向に移動させることにより、前記ベンチュリ管のど部の流路断面積を可変として、前記流路を流れる流体の流量が変化した場合にも、前記ベンチュリ管のど部の流速を所定の範囲に調整できるようにしたことを特徴とするベンチュリ管を用いた流体の混合方法。
【請求項２】
流体の流路にベンチュリ管を配置し、該ベンチュリ管の上流側から供給される第１流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第２流体を供給することによって両流体を混合するベンチュリ型混合装置であって、
前記流路内に配置され、流路方向沿って移動可能で、かつ断面積が流路方向に沿って変化する面を有する可動体と、該可動体の一部が移動可能に挿入されると共に前記可動体を作動させるための作動流体を収容するシリンダと、該シリンダ内の作動流体の圧力を調整する圧力調整手段とを備えたことを特徴とするベンチュリ型流体混合装置。
【請求項３】
前記作動流体は、前記第１流体、もしくは前記第１流体と前記第２流体の混合流体であることを特徴とする請求項２に記載のベンチュリ型混合装置。
【請求項４】
前記圧力調整手段は、ベンチュリ管の上流側の流路と連通する第１連通管と、前記ベンチュリ管のど部と連通する第２連通管と、前記シリンダ部と連通する第３連通管と、これら第１連通管、第２連通管、第３連通管にそれぞれ接続されて、これら各連通管の連通関係を切り替える切替弁とを備えたことを特徴とする請求項３に記載のベンチュリ型混合装置。
【請求項５】
前記切替弁が自動圧力調整弁であることを特徴とする請求項４に記載のベンチュリ型混合装置。
【請求項６】
ベンチュリ管の上流側の流体圧力と、前記ベンチュリ管のど部の流体圧力に基づいて前記切替弁の切替及び開閉制御を行う制御装置を設けたことを特徴とする請求項４に記載のベンチュリ型混合装置。
【請求項７】
可動体の位置を検出する位置検出装置を備え、該可動体の位置検出装置の可動体位置情報に基づいて流体の流量を演算する流量演算装置を備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載のベンチュリ型混合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１５８６２１（Ｐ２０１０−１５８６２１Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２６６（Ｐ２００９−２２６６）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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